电气自动化专业论文21926.doc

题目名称： 热电偶温度仪控制器设计 班 级： 电气n082 目录专业综合设计任务书3一、 指标要求5二、 设计计算52.1 总体方案设计52.2 单元电路设计5 三、 软件电路设计103.1 主程序103.2 ad转换程序103.3 显示程序10四、调试10五、总结11参考文献和附录12专业综合设计任务书一、设计题目、内容及要求请从以下题目中任选一题，选择相同题目的学生应独立完成设计，设计说明书或程序有30%以上相同的则视为雷同，成绩为不合格。题目1：净水机控制器的设计设计一个净水机控制器，具有按键手动操作、自动控制和数码显示的功能；控制的对像动作是电机启停。题目2：数字温度计控制器的设计设计一个数字温度计控制器，具有按键手动操作、自动控制和数码显示的功能；控制的对像动作是加热器件。题目3：热电偶温度仪控制器设计设计一个热电偶温度仪控制器，具有按键手动操作、自动控制和数码显示的功能；控制的对像动作是加热器件。题目4：多功能实验板的设计设计一个多功能实验板，具有按键手动操作、自动控制和数码显示的功能；控制的对像动作是直流电机的启停。题目5：自拟设计内容自拟，但必须满足以下条件：(1) 设计对象功能明确，有一定的意义；(2) 设计必须包括键盘显示、单片机、驱动和电机(直流电机或交流电机)的要素。二、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）1、应用c51(或汇编)编写程序实现应用程序的功能，并添加适当注释；利用proteus完成电路的连接和调试通过；2、撰写课程设计说明书一份，不少于2500字。课程设计说明书应包括封面、任务书、正文（程序功能与使用说明；设计原理和思路，包括电路原理图等；程序说明，包括流程图与算法参数说明等；）、参考文献（资料）、附录（源程序清单）等内容。三、进程安排11月14日：查找分析资料，确定硬件逻辑原理图、确定各程序模块的功能；11月15日18日：完成设计，进行编程、调试；11月19日12月3日：进行程序测试，完善编码；撰写设计说明书，准备答辩12月4日：答辩四、主要参考资料1 周凌斌基于proteus的电路与pcb设计第2版北京：电子工业出版社，20052 杨雪绍单片机原理、接口技术及应用西安：西安电子科技大学出版社，2005热电偶温度仪控制器设计一指标要求： 设计一个热电偶温度仪控制器，具有按键手动操作、自动控制和数码显示的功能；控制的对像动作是加热器件。二设计计算：2.1总体方案设计：该控制器以at89c51为控制核心，以及电源、键盘、温度采集、温度显示和控制输出等电路组成。热电偶采样的实时温度，经过cpu处理反应在数码显示器上，经过和键盘输入的温度值进行比较，从而控制加热器的工作，达到预设的温度值后停止工作。系统框图见图1。图1 系统框图2.2单元电路设计：2.2.1单片机at89c51：主控模块采用at89c51,与mcs-51兼容。它是一种低电压、高性能cmos 8位微处理器,可将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中,成为一种高效微控制器。见图2 单片机at89c51。图2 单片机at89c512.2.2热电偶温度采集：这里使用k型热电偶（测温范围01000）。热电偶利用热电势原理进行温度测量,适宜于测量高温,由热电偶的工作原理可知,它是有两种不同成分的导体产生的电势差,但此电压(毫伏级)很小,需要用运算处理之后才能送往a /d转换,另外,热电偶都有非线性误差,这就要求有非线性校正电路。ad595可以对k型热电偶进行零点补偿和放大,基准接点补偿和放大电路如图3所示。图3基准接点补偿和放大电路2.2.3 ad转换模块：放大之后,最后输出信号送入tcl1543 进行ad转换。tlc1543 特性简介：tlc1543 是由ti 公司开发的开关电容式ad 转换器，该芯片具有如下的一些特点：10 位精度、11 通道、三种内建的自测模式、提供eoc（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。图4是tlc1543 的引脚示意图，其中a0a10 是11路输入，vcc 和gnd 分别是电源引脚，ref+和ref-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将ref-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余的引脚是tlc1543 与cpu 的接口，其中cs 为片选端，如不需选片，可直接接地。i/o clock 是芯片的时钟端，adress 是地址选择端，data out 是数据输出端，这三根引脚分别接到cpu 的三个i/o 端即可。eoc 用于指示一次ad 转换已完成，cpu 可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入cpu 的中断引脚，一旦数据转换完成，向cpu 提出中断请求；此外，也可将该引脚接入一个普通的i/o 引脚，cpu 通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在cpu 向tlc1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。图4 tlc1543 的引脚示意图图5 单片机与tcl1543连接图2.2.4 led温度显示在显示电路中采用2位共阴极led静态显示。静态显示就是显示驱动电 路具有输出所存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的cpu时间。缺点是使用元件多，线路复杂。共阴极led数码显示电路如图6。图6 led显示电路2.2.5 加热部分 加热部分采用晶闸管来控制加热丝,加热电路于主电路之间用用光耦p521进行光电隔离,以防止对送往单片机的信号干扰。系统采用时间比例零位控制来控制晶闸管的导通与关闭,其控制方式是:在设定的周期tc 内, tc 通常为1 s,在tc 周期内根据输出百分比,触发信号使主回路连续接通几个周波(几个完整的正弦波) ,然后在tc 周期剩余时间内连续断开几个周波(几个完整的正弦波) ,改变晶闸管在设定周期内的通断时间比例,以调节负载上交流电的平均功率,即可达到调节负载功率的目的。3.软件设计：软件系统主要由主程序、a /d 转换程序、显示程序等模块组成。3.1 主程序 主程序主要用来完成单片机的初始化、调用ad转换程序、键盘输入、控制测温、控制加热等工作。流程图见图7。图7 程序主流程图3.2 a /d转换程序a /d转换程序子程序是tlc1543的驱动程序（见附录）,它是采用spi技术、20脚封装的coms10位开关电容逐次a /d逼近模数转换器,将经过处理过的模拟信号进行转换后传送给at89c51进行数据处理,需要注意的是, tlc1543通道地址必须是写入字节的高四位,而单片机读入的数据是芯片上次a /d转换完成的数据。 3.3 显示程序显示程序显示当前温度值,当键盘进行输入的时候可以显示设定参数:超调量、占空比和设定温度,在进行加热的过程中将测量的温度实时显示在led上。四调试：对各个模块进行调试，看是否实现该模块的功能。电路连接完后，编写软件程序，如热电偶主程序， a/d转换子程序并在protues软件上运行程序，通过编译无误后，再编写测温仪总体程序，也即把线形化标度变换子程序， a/d转换子程序有机联系起来，最后在protues软件上运行，通过编译若提示有误，再核查更改程序。五总结：通过这次课程设计，我接受认识了新的知识：protel 99se设计系统它具有原理图设计，pcb（印刷电路板）设计，层次电路图设计，报表制作，电路仿真以及逻辑器件设计等功能，大大开阔了视野，同时也基本掌握了其使用技巧，操作技能。 只有理论知识的我们，重新认识了at89c51单片机，tlc1543，等硬件，对其工作原理更加明了，知道了其内部结构和管脚分布，让我基本了解了硬件结构知识，也理解了其具体型号和封装方式的不同。新的知识，以前从未接触过，现在了解了其操作界面和工作流程，理论和实践有机地结合在了一起。查找资料，借阅资料，学习知识等按部就班的进行，终于工夫不负有心人，我们成功了，一个个灿烂的笑脸后满怀的是收获后的欣悦和滴水不忘的感激之情。参考文献：1 周凌斌基于proteus的电路与pcb设计第2版北京：电子工业出版社，20052 杨雪绍单片机原理、接口技术及应用西安：西安电子科技大学出版社，200511附录protues图：热电偶主程序：#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit adcdata=p17; / 定义管脚sbit adccs=p14; / 定义管脚sbit adcclk=p16; / 定义管脚unsigned char adcresult,send4;unsigned char kk5=4,4,4,4,4; unsigned char zz5=0,61,128,189,255; / 码值unsigned int temperature;uchar code led=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x00;/0-9,-,全灭void run0832(void); /tlc0832a/d转换子程序void series(void); /取相应位位码void convert(void); /取千，百，十，个位位码void line(void); /线性化子程序void delay_50ms(uint t); /延时子程序char nx(bit y,short i); /main() /主程序 ie=0x00; scon=0x00; while(1) run0832(); /调tlc0832 a/d转换子程序 line(); /调线性化子程序 convert(); /取千，百，十，个位位码 series(); /取相应位位码void run0832(void) / tlc0832a/d转换子程序 short i; unsigned char x; bit y; adccs=0;x=0x03;for(i=0;i1; adcclk=1; for(i=0;i7&i0;i-)k=k*2; return(k); void series(void) /取相应位位码 short i; ti=0; for(i=0;i0;t-) for(j=6245;j0;j-); void convert(void) /取千，百，十，个位位码 uchar i,a,bb4;bb3=temperature/1000;bb2=temperature%1000/100;bb1=temperature%100/10;bb0=temperature%10; if(temperature=1300|temperature=0) for(i=0;i4;i+) sendi=led10;/全灭 else for(i=0;i4;i+) a=bbi; sendi=ledi; void line(void) /线性化子程序 uint temp5;temp0=zz0*kk0;temp1=temp0+(zz1-zz0)*kk1;temp2=temp1+(zz2-zz1)*kk2; temp3=temp2+(zz3-zz2)*kk3;temp4=temp3+(zz4-zz3)*kk4;if(adcresultzz0)temperature=kk0*adcresult;else if(adcresultzz1) temperature=temp0+kk1*(adcresult-zz0);else if(adcresultzz2) temperature=temp1+kk2*(adcresult-zz1);else if(adcresultzz3) temperature=temp2+kk3*(adcresult-zz2);else temperature=temp3+kk4*(adcresult-zz3); tcl1453驱动程序：adclk 与tlc1543 的clk 引脚相连的单片机引脚adaddr 与tlc1543 的address 引脚相连的单片机引脚addout 与tlc1543 的addout 引脚相连的单片机引脚adcs 与tlc1543 的cs 引脚相连的单片机引脚实际使用时，根据接线的情况定义好adclk、adaddr、addout、adcs，将通道号送入r2，调用adconver，即可从r0、r1 中得到转换后的数据，使用非常简单。;*;ad.asm;功能简介：每隔1s 轮流将一个通道的值显示在数码管后4 位，首位显示通道号;*gcoun data 22h ;通道计数器clk bit p1.1 ;时钟端addr bit p1.0 ;地址端dout bit p1.4 ;数据输出端cs bit p1.3 ;片选端hidden data 10h ;消隐码counter data 57h ;显示程序用计数器dispbuf data 58h ;显示缓冲区首地址 org 0000h jmp start org 000bh ;定时中断使用t0 jmp disp ;定时中断程序 org 30hstart: mov sp,#5fh ;初始化 mov p1,#0ffh mov p0,#0ffh mov p2,#0ffh ;关所有led 及数码管 mov tmod,#00000001b mov th0,#high(65536-3000) mov tl0,#low(65536-3000)